Microcontaminantes como disruptores endocrinos, los plaguicidas y los productos farmacéuticos tienen efectos perjudiciales sobre la salud pública y los ecosistemas acuáticos, incluso a nivel de traza. Las membranas biocatalíticas exhiben una alta eficiencia de eliminación de microcontaminantes debido a la integración de la catálisis enzimática y la separación por membrana.

Lograr una estabilidad a largo plazo y una alta eficiencia catalítica al mismo tiempo sigue siendo un desafío en la fabricación de membranas biocatalíticas. Inspirado en el modelo de mosaico fluido de la estructura de la membrana celular, un grupo de investigación dirigido por el profesor Wan Yinhua del Instituto de Ingeniería de Procesos (IPE) de la Academia de Ciencias de China ha preparado una nueva membrana biocatalítica con alta actividad enzimática y estabilidad para la eliminación de microcontaminantes. El estudio fue publicado en la Revista de Ingeniería Química el 28 de noviembre.

Los investigadores ajustaron la fuerza de confinamiento de la membrana, regulando así la movilidad de la enzima inmovilizada mediante la modificación tridimensional (3-D) de la capa de soporte de la membrana de nanofiltración.

Se aplicó un recubrimiento inspirado en mejillones para modificar toda la capa de soporte de la membrana de nanofiltración (denominada modificación 3-D), y la lacasa se restringió posteriormente de forma no covalente en una membrana de nanofiltración modificada mediante filtración inversa.

"La lacasa se puede estabilizar en la capa de soporte modificada en 3D de la membrana de nanofiltración con una distribución uniforme, alta carga de enzimas, y estabilidad de almacenamiento ultra alta. Es más, la membrana de nanofiltración modificada es versátil para diferentes inmovilizaciones de enzimas, "dijo el profesor Wan.

Aun mejor, esta estrategia de modificación tridimensional inspirada en el mejillón mejoró la fuerza de confinamiento de la membrana a la enzima con un pequeño incremento en la resistencia a la transferencia de masa para el sustrato y los productos, lo que retrasó eficazmente la fuga de la enzima y al mismo tiempo dotó a la enzima de un nivel de movilidad para una catálisis eficaz.

La membrana biocatalítica preparada con resistencia de confinamiento optimizada exhibió una alta actividad catalítica y estabilidad a largo plazo en siete ciclos de reutilización y 36 horas de operación continua para la eliminación de microcontaminantes.

Los investigadores también propusieron un protocolo simple para cuantificar la movilidad de la enzima inmovilizada, que podría reflejar con precisión la resistencia al confinamiento de las membranas modificadas, así como el desempeño catalítico de las membranas biocatalíticas.

Es más, la membrana modificada podría servir como almacenamiento de enzimas y como dispositivo de liberación sostenida controlable para la reacción y la dosificación. "Este trabajo no solo ofrece una plataforma versátil para inmovilizar varias enzimas y preparar una membrana biocatalítica superior, "dijo el profesor Luo Jianquan de IPE, "sino que también proporciona orientación para diseñar un entorno de confinamiento óptimo para las enzimas en la membrana, Facilitar las aplicaciones potenciales de la membrana biocatalítica en una bioconversión mejorada. entrega de medicamentos, y biosensores a pequeña escala ".